垫圈成型形方案拟定及模具设计与制造.docx
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垫圈成型形方案拟定及模具设计与制造
毕业设计
题目垫圈成型（形）方案拟定及模具设计与制造
系机电工程系
专业模具设计与制造
学生姓名班级
学号
指导教师职称
完成日期2011年12月日
湖南铁道职业技术学院
前言
模具是现代工业生产中重要的工艺装备,它在各种生产行业,特别是冲压和塑料成行加工中,应用极为广泛。
我国模具工业总产值中,冲压模具的产值约占50％。
现代模具技术的发展,在很大程度上依赖于模具标准化的程度,优质模具材料的研究,先进的模具设计和制造技术,专用的机床设备及高水平的生产技术管理等等,但其中模具设计是至关重要的一个方面。
冲压模具设计包括冲压工艺设计和模具结构设计两方面。
冲压工艺设计是对冲压件的生产过程,包括工艺方案、工序安排、工序尺寸,使用的设备及模具类型,以及各项技术经济指标等作综合性的总体规划,而模具结构设计则是按照冲压工艺设计的要求,设计所需模具的具体结构,绘制出模具装配图和模具零件图。
本次毕业设计遵循理论联系实践，体现实用性、综合性和先进性，激发了学生自我创新意识的原则，在总结自己对模具专业知识了解的基础上编写而成的。
本次毕业设计的特点是基础理论部分较全面，工艺部分简明扼要，语言叙述通熟易懂。
本次毕业设计较系统得介绍了冷冲压冲裁模具设计的基础理论和方法，客观地分析了冲压成型理论，冷冲压工艺、冷冲压模具、冲压设备，内容详实，实践性强。
本次冲压毕业设计是在上次冲压课程设计的基础上,做出一套更完整的设计,要有模具工作零件的设计和加工过程,且要达到一定的标准。
一、冲压件的工艺分析
1、冲裁件的工艺性分析
2、
二、确定冲压件的工艺方案
1、工序性质、工序数的确定及工序顺序的安排
2、确定冲压模具的结构形式
三、冲压工艺计算
1、凸、凹模间隙值的确定及凸、凹模刃口尺寸的计算
2、凸、凹模及凸凹模的结构形式和外形尺寸的确定
3、冲裁力及冲裁功的计算
四、压力中心的计算
五、排样设计
六、
七、冲模闭合高度的确定
八、冲裁模其他零部件的结构设计
九、卸料与推件零件的设计
十、凸模固定板与垫板的设计
十一、导向零件设计与标准
十二、压力机的选择
十三、模具总装配图
十四、设计总结
十五、参考文献
一、冲压件的工艺分析
冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性，即设计的冲压件在材料、结构、形状、尺寸大小及公差和尺寸基准等个方面是否符合冲压件加工的工艺要求。
所谓冲裁性好是指能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产率较高，成本较低的情况下得到的质量合格的冲裁件。
因此，冲裁件结构形状、尺寸大小、精度等级、材料及厚度等是否符合冲裁的工艺要求，对冲裁件质量、模具的寿命和生产率有很大影响。
产品零件图是编制和分析冲压工艺方案的重要依据。
首先可以根据产品的零件图纸，分析研究冲压件的形状特点、尺寸大小、精度要求，以及所用材料的机械性能、冲压成形性能和使用性能等对冲压加工难易程度的影响，分析产生回弹、畸变、翘曲、歪扭、偏移等质量问题的可能性。
特别要注意零件的极限尺寸（如最小孔间距、窄槽的最小宽度、冲孔的最小尺寸、最小弯曲半径、最小拉深圆角半径等），以及尺寸公差、设计基准等是否适合冲压工艺的要求。
（1）冲裁件的工艺性分析
该冲裁件的厚度是1.2mm，材料是黄铜H62。
黄铜H62主要用于成形零部件的制作，抗剪强度τ=255Mpa,断后伸长率35%,热处理变形小，此材料具有良好的塑性及较高的弹性,冲裁性较好,可以冲裁加工.
根据表2-6可查得圆形孔最小值得d=0.35t=0.35×1.2=0.42＜
，所以满足工艺性要求。
为降低冲压成本获得最佳技术经济效果，可将精度看做IT14级，根据标准公差GBT1800-1998。
（1）最该
。
（2）最小圆角半径该冲裁件的最小半径允许值根据表查的计算得出为0.3mm。
（3）冲裁件孔的最小尺寸冲裁件的尺寸受到凸模强度的限制，不能太小，冲孔的最小尺寸根据查表得为1.2mm。
该零件的最小凸模为4.5mm，能满足凸模强度要求。
（4）最小孔边距，孔与边缘之间的距离
不能太小，否则模具强度不够或使冲裁件变形，一般取
2t，但不得小于3~4mm。
该零件的最小孔边距5.25mm，按取值能满足模具的强度。
二、确定冲压件的工艺方案
在冲裁工艺性分析的基础上，根据冲裁件的特点确定冲裁工艺方案。
确定工艺方案首先要考虑的问题是确定冲裁的工序数、冲裁的组合以及冲裁工序的安排。
冲裁工艺数一般容易确定，关键是确定冲裁工序的组合与冲裁工序的顺序。
1、工序性质、工序数的确定及工序顺序的安排
工序性质是指冲压件所需的工序种类，如分离工序中的冲孔、落料、切边，成形工序中的弯曲、翻边、拉深等。
工序性质的确定主要取决于冲压件的结构形状、尺寸精度，同时需要考虑工件的变形性质和具体的生产条件。
在一般情况下，可以从工件图上直观地确定出冲压工序的性质。
如平板状零件的冲压加工，通常采用冲孔、落料等冲裁工序。
弯曲件的冲压加工，常采用落料、弯曲工序。
拉深件的冲压加工，常采用落料、拉深、切边等工序。
2、确定冲裁件的工艺方案
该工件的结构相对简单，只有冲孔和落料工序。
可以有以下三种方案：
（1）方案一、先冲孔再落料，采用简单工序模生产
（2）方案二、冲孔与落料复合，采用复合模生产
（3）方案三、先冲孔再落料连续冲压，采用级进模生产
单工序模、复合模和级进模比较
比较项目
单工序模
复合模
级进模
冲压精度
较低
较高
一般
冲压生产率
低，压力机一次
行程内只能完成
一个工序
较高，压力机一
次行程内可完成
两个以上工序
高，压力机在一次
行程内能完成两个以上
工序
生产通用性
通用性好，适合在多
工位压力机上实现自
动化
通用性较差，仅适合
于大批量生产
通用性较差，仅适合中小型零件的大批量生产
冲模制造复杂
性和价格
结构简单，制造周期短，价格低
复杂性和价格较高
低于复合模
实现操作机械化，自动化的可能性
较易，尤其适合于在多工位压力机上实现自动化
难，制件和废料排除较复杂，可实现部分机械化
容易，尤其适应于单机上实现自动化
连续模与复合模的性能比较
项目
连续模
复合模
工
件
情
况
尺寸精度
可达IT13~10级
可达IT9~8级
工件形状
可加工复杂零件，如宽度极小的异性件、
形状与尺寸要受模具结构与强度的限制较高，
工件的平整性
一般
较好
工件料厚
0．6~6mm
0．05~3mm
工
艺
性
能
操作性能
方便
方便，用卸料板卸料
安全性
比较安全
比较安全
生产率
可采用高生产率高速压力机
不宜高速冲裁
条料宽度
要求严格
要求不严格
模具制造
形状简单的工作比复合模容易
可利用边角余斜
形状复杂工作比连续模容易
本冲裁件来说，需要冲孔落料多副模具，工件精度不高，需要大量的模具和冲压设备。
并且会出现定位误差。
因此，不虑使用。
级进模具与复合模具比单工序模具生产率高，产品精度较高，便于操作和实现自动化。
就本冲裁件来说，尺寸中等，精度等级较低，形状简单，且为中、大批量生产。
对材料要求不高，因此可用复合模具来生产。
3、确定压模具的结构形式
1..复合模的特点
复合模能在压力机一次行程内，完成落料、冲孔及拉深等数道工序。
在完成这些工序的过程中，冲件材料无需进给移动。
复合模具有以下主要特点：
1）冲件精度较高，不受送料误差影响，内外形相对位置一致性好。
2）冲件表面较为平整。
3）适宜冲薄料，也适宜冲脆性或软质材料。
4）可从充分利用短料和边角余料。
5）冲模面积较小。
之前已经确定本套模具选用复合模具来进行生产，复合模的结构可分为正装复合模和倒装复合模，将落料凹模装在下模的称为正装复合模，将落料凹模装在上模的称为到装复合模。
正倒装复合模的比较如下表1所示：
表1正倒装复合模具的比较
模具形式
倒装式复合模
正装复合模
工作零件的装配位置
凸模
在上模部分
在下模部分
凹模
在上模部分
在下模部分
凸凹模
在下模部分
在上模部分
出件方式
采用顶板、顶杆自上模内推出，下落至工作面上
采用弹顶自下模内顶出至模具工作面上
对冲压件的平整度
平整度较低
较好，对簿件能达到平整度要求
废料的排除
废料在凸凹模内积聚到一定程度后从下模漏料孔排出
废料不在凸凹模内积存
凸凹模的强度和寿命
凸凹模承受的孔力较大，为增加其强度凸凹模的最小壁厚应严格控制，寿命较高
受力情况比倒装模好，但凸凹模的尺寸易磨损增大，寿命较短
生产操作
废料自漏料孔排出有利于清理模具的工作面，较安全
废料自上而下出料和工件一起，汇集模具工作面上一起操作，不安全。
适应性
对冲压件平整度要求不高，凸凹模强度足够时采用
适于落料冲裁，平整度要求高，壁厚较小，强度较差
正装复合模它的优点在于顶件块、卸料板均是弹性的，条料与冲裁件都同时在压平状态下冲裁，适用于冲制材质较软或板料较薄的冲裁件，还可以冲制孔边距较小的冲裁件。
本例零件厚度为1.2mm，材质是较软的黄铜H62，对冲孔的精度要求较高，零件孔边距较小。
宜采用正装复合模结构。
三、冲压工艺计算
1.定冲裁间隙
冲裁间隙不仅对冲裁件的质量起着决定性的作用以外，而且对模具的寿命也有较大的影响，所以冲裁间隙一定取得合理。
冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模之间工作部分的尺寸之差
Z=D-d
如无特殊说明，冲裁间隙一般指双边间隙。
考虑到此冲压件的精度要求为IT14级，且料厚t=1.2材料为黄铜H62其凸、凹模的间隙值可查冲裁模初始双面间隙表可知Zmin=0.072mmmax=0.096mm.
2.凹凸模的刃口尺寸计算
.计算凸凹模刃口尺寸
配合加工一般分为以下3类：
第一类：
凸模或凹模在磨损后会增大的尺寸。
第二类;凸模或凹模在磨损后会减小的尺寸。
第三类;凸模或凹模在磨损后基本不变的尺寸。
3类尺寸的确定方法如下：
第1类尺寸=（冲裁件上该尺寸的最大极限尺寸—
）
第2类尺寸=（冲裁件上该尺寸的最小极限尺寸+
）
第3类尺寸=冲裁件上该尺寸的中间尺寸
查表2-14的磨损系数x=0.75
对零件图中未标注公差的尺寸，由有关设计资料查出极限偏差为
A类尺寸凸模：
、
、
、
、
B类尺寸凹模：
、
、
、
凸模
凹模
冲裁力的计算
1.冲裁力的计算
冲裁是使板料沿冲切面分离，但实现分离必须通过凸、凹模独爱材料施加足够的外力，通常称为冲裁里。
冲裁力是选用压力机吨位的主要依据，也是模具强度、刚度设计校核所必需的数据。
（1）公式计算法
对于普通平刃口凸、凹模的冲裁，其冲裁力F可按下式计算：
F=KLt
式中，F
------冲载力（N）:
L------冲裁轮廓线长度（mm）:
t-------板料厚度（mm）;
------材料抗剪强度（MPa）;
K------考虑刃口磨损钝化，冲裁间隙不均匀，材料力学性能与厚度尺寸波动等因素而增加的安全系数，取K=1.3
L=3.14×15+（24-15）×2=65（mm）
t=1.2
冲孔力
卸料力
查表2-25得
=005
则
推件力
查表2-28凹模洞口主要参数h=6
N=h/t=6/1.2=5
查表2-25推件力系数在0.03~0.09取0.08
（3）顶件力
查表2-25得
选择冲裁时的总压力
（5）压力机的选择
1.压力机的的吨位应当等于或大于冲裁时的总压力。
≥
式中，
——所选压力机的吨位
——冲才时的总压力
2.根据模具的结构选择压力机的类型和行程次数。
3.根据模具的尺寸大小、安装和进出料等情况选择压力机的台面大小，如有推件时，应考虑台面孔的大小使冲后的有关零件能自由下落。
4.选择压力机的闭合高度与模具是否匹配。
5.模柄直径、长度、尺寸是否与压力机的滑块模柄直径、深度尺寸相当。
6.压力机滑块的行程应该是拉深深度的2-2.5倍
7.压力机的行程次数应当保证有最高的生产效率。
8.压力机应该使用方便和安全。
综合上面所述和冲裁总压力的计数选用：
选用通用压力机。
主要参数如下。
公称压力：
60KN
滑块行程：
50mm
最大闭合高度165mm:
闭合高度调节:
25mm
滑块中心线至床身距离：
110mm
工作台尺寸：
315mmX200mm
垫板厚度：
4mm
模柄尺寸：
30mmX50mm
漏料孔：
70mmX110mm。
四、压力中心的计算
该工件尺寸，形状对称，因此该工件的压力中心在工件轮廓的几何中心上，即：
X=0
Y=0
五、排样设计
冲压件在条料上的布置方法称为排样。
同一个冲压件，可以有多种排样方法，但不同的排样方法，在材料利用率、操作方便性、模具结构复杂性、模具使用寿命，以及制件质量等方面就会有不同的影响。
5.1排样原则
1>提高村料利用率。
2>使工人操作方便、安全，减轻工人的劳动强度。
3>使模具结构简单、模具寿命较高。
4>排样应保证冲裁件的质量。
5.2排样方法
根据条料上材料是否被全部利用，有无废料产生，排样方法可以分为以下几种：
1、有废料排料法
是在各冲裁件之间都有工艺余料存在。
冲裁是沿着冲裁件的封闭轮廓进行。
所以冲裁件的质量较好，模具寿命较长，但材料利用率低。
2、少废料排样法
利用条料侧边或前一个已冲的轮廓线作为代冲轮廓的一部分，此时，只需在模具其余的待切部分轮廓线处留出搭边，这种排样方法称为少废料排样法。
3、无废料排样法
是在各冲裁件之间冲裁件与条料侧边之间均不留搭边，这种排样方法的冲裁件实际是直接由切条获得。
采用少、无废料的排样可以简化模具结构，降低冲裁力提高材料利用率。
但是因条料本身的宽度公差以及条料导向与定位产生的误差直接影响冲裁件尺寸，而使冲裁件的精度降低。
同时，采用少、无废料排样时，沿封闭轮廓线的冲裁常使模具单面受力而加快磨损，降低模具寿命，也会直接影响冲裁件的断面质量。
就本产品而言，采用少废料排样的排样方法，来提高材料的利用率，减少生产成本.
确定排样方式如下图：
采用斜排少废料排样方
5.3确定搭边值
5.3.1搭边的作用
1．补偿条料的剪裁误差、送料步距误差以及补偿因条料与导料板之间的间隙所造成的送料歪斜误差。
若没有搭边则可能发生工伯缺角、缺边或尺寸超差等废品。
2．使凸、凹模刃口双边受力。
3．有些模具的自动送料装置是通过牵拉已冲过的废料将条料拖向模具的。
对于利用废料上的搭边条料的自动送料模具，搭边可使废料的则度提高，以保证条料的连续送进。
4．4.搭边的数值
搭边值的大小十分重要，应合理确定。
若搭边过大就浪费材料，搭边太小则起不到应有的作用。
过小的搭边还可能因刚性不足而被拉入凸模和凹模的间隙，使模具容易磨损，甚至损坏模具刃口。
搭边的合理数值就是保证冲裁质量、保证模具较大寿命、保证自动送料准确到位条件下允许的最小值。
搭边的合数值主要决定于材料厚度、材料种类、冲裁件的大小以及冲裁件的轮廓形状等。
一般说来，板料愈厚，材料愈软以及冲裁件尺寸愈大，形状愈复杂，则搭边值也应愈大。
本产品属于黄铜H62，材料厚度为1.2mm，按表查得，
表5-1搭边值和侧边值的数值
材料厚度t（mm）
圆件及类似圆形制件
矩形或类似矩形制件长度≤50
矩形或类似矩形制件长度＞50
工件间a
侧边a1
工件间a
侧边a1
工件间a
侧边a1
＞1～1.5
1.0
1.2
1.2
1.5
1.8~2.8
2.2~3.2
确定搭边值：
a=1
=1.2；
5.3.2条料宽度：
B=（17+2×1.2+0.5）=20
式中D——冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸
a
——冲裁件与条料侧边之间的搭边
——板料剪裁时的下偏差
5.3.3步距：
A=D+a=15mm+1=16mm
式中D——平行于送料方向的冲裁件宽度
a——冲裁件之间的搭边值
5.3.4一个进距的材料利用率为
式中n——条料上实际冲裁的零件数
L——条料的长度
B——条料的宽度
S
——一个零件的实际面积
5.3.5计算冲裁件的面积
5.3.6板料的剪裁
条料是从板料剪裁而得。
条料宽度一经决定，就可以裁板。
轧制的板料一般都是长方形，所以就有纵裁（沿长边裁，也就是沿辗制纤维方向裁）和横裁（沿短边裁）两种方法。
因为纵裁的裁板次数少，冲压时调换条料的次数少，工人操作方便，生产率高，所以在通常情况下应尽可能纵裁。
但在以下情况应考虑横裁：
（1）板料纵裁后的条料太长，受冲压车间压力机排列的限制，移动不便时；
（2）条料太重，超过12kg时（工人劳动强度太高）；
（3）横裁的板料利用率显著高于纵裁时；
（4）纵裁不能满足弯曲件坯料对纤维方向的要求时。
综上所述，冲压此零件的条料剪裁选用纵裁。
六、6.1凸模的设计
冲裁凸模又称冲头，凸模本身按部位作用不同又可以分为工作部分（即刃口）和固定部分。
1.凸模的结构形式采用A型圆凸模如图6-1
2.凸模的长度
（1）凸模的长度计算
凸模长度一般是根据结构上的需要确定的，图示结构是使用固定卸料板时的凸模长度，可由下式计算：
L=
+
+
+Y
式中
—凸模固定板厚度
—卸料板厚度
—导料板厚度
Y—附加长度（mm）
查冲压模具设计与制造技术指南，表5-5复合模矩形厚凹模典型组合尺寸（GB-2873.1-81）
凸模固定板厚度12mm,卸料板厚度10mm,导料板厚度10mm.，附加长度10mm
L长设为42mm
凸模零件图如下
如图6-1
（2）凸模强度校核
在一般情况下，凸模的强度是足够的，不必进行强度计算。
但是，对细长的凸模或凹模。
凸模断面尺寸较小，而毛坯厚度又比较大的情况下，必须进行承受压能力和抗纵向弯曲能力两力方面的校核。
a.压应力校核
对于圆形凸模
式中
—凸模最小断面的压力应力（Mpa）.
—凸模最小直径（mm）
T-冲裁材料厚度（mm）
［
］—凸模材料的许用压应力（Mpa）。
孔Ф4.5
=18.8（mm）故
18.8（mm）
（3）凸模材料的确定
模具刃口要高的耐磨性，并能承受冲裁时的冲击力。
因此，凸模材料应有高的硬度与适当的韧性。
就本零件的凸模来说可选用T10A为材料来制造。
其热处理的硬度取HRC58—62.
（4）凸模工作部分的表面粗糙度为0.4um，固定部分的粗糙度为0.8um。
6.3凹模的设计
凹模的
6.3.3凹模外形尺寸
1）确定凹模的几何中心。
凹模的几何中心一般也是模柄的中心。
要求凹模的几何中心与压力中心重合。
如受模具结构限制或工件的精度低、冲裁间隙大时，可允许凹模的几何中心与压力中心稍有偏离，能不但超出模柄的投形面积的范围。
否则应采用置偏模柄的办法，使模柄中心与压力中心重合。
凹模的外形一般有矩形与圆形两种。
凹模的外形尺寸应保证凹模有足够的强度与刚度。
凹模的厚度还应包括使用期内的修磨量。
凹模的外形尺寸一般是根据材料的厚度和冲裁件的最大外形尺寸来确定的。
查表凹模外形尺寸得
凹模壁厚C=30mm
凹模厚度H=22mm
查冲压模具设计与制造技术指南，附表5-3凹模周界
凹模板的外型尺寸为长80mm，宽80mm，高22mm
故L×B×H=80×80×22mm
图6-3
6.3.4凹模的固定
采用直接连接的方法来固定凹模，其特点有：
用螺钉、销钉直接紧固凹模，紧固可靠，应用广泛。
凹模淬火后螺钉、销钉孔易变形、给装配造成困难。
L
6.3.5凹模的主要技术要求
凹模的型孔轴线与顶面应保持垂直，凹模的底面与顶面应保持平行。
为了提高模具的寿命与冲裁精度，凹模的顶面和孔型的孔壁应光滑，表面粗糙度R0.8—0.4um，底面与销孔的表面粗糙度R1.6—0.8um.
凹模的材料与凸模一样，考虑到凹模比凸模的工作条件更为不利，凹模的热处理硬度应高于凸模，可取HRC60—64.
6.3.凸凹模的结构形式和外形尺寸
凸凹模的零件图如下
e额
七、冲模闭合高度的确定
冲模的闭合高度是指滑块在下死点即模具在最低工作位置时，上模座上平面与下模座下平面之间的距离H。
冲模的闭合高度必须与压力机的装模高度相适应。
压力机的装模高度是指滑块在下死点位置时，滑块下端面至垫板上平面间的距离。
当连杆调至最短时为压力机的最大装模高度Hmax；连杆调至最长时为最小装模高度Hmin。
冲模的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度Hmax和最小装模高度Hmin之间，其关系式为：
Hmax－5mm≥H≥Hmin＋10mm
165-5≥H≥145+10
若模具的闭合高度大于压力机的最大装模高度，则该模具不能用该压力机。
反之模具的闭合高度小于最小装模高度，则可以加磨平的垫板。
经过查表，确定模具的闭合高度
H=L
+L
+L
+L
+L
=32+42+8+70-1
=151mm
165-5≥H=151≥145+10
所以符合要求
八、冲裁模其他零部件的结构设计
冲裁模零件及模架已有国家标准或部分标准，模架产品标准（GB/T2851.1～7—GB/T2852.1～4）共10个，与标准模架相对应的标准零件（GB/T2855.1～14、GB/T2856.1～8、GB/T2861.1～16）共38个。
设计模具时应尽量采用标准零件及其组合。
1、定位零件的设计
冲模的定位装置用以保证材料的正确送进及在冲模中的正确位置。
使用条料时，保证条料送进导向的零件有导料板、导料销等。
保证条料进距的零件有挡料销、定距侧刃等。
在级进模中保证工件孔与外形相对位置使用导正销。
单个毛坯定位则用定位销或定位板。
定位零件的设计原则：
1）定位至少应有三个支撑点，及两个导向点和一个定距点。
2）定位的方向和位置必须与人们的操作习惯相适应。
3）某些非轴对称外形的毛坯定位时应有防范措施。
4）连续模具应设置初始定位和最终定位。
5）为保证毛坯在送进初期和冲压过程中定位的稳定性，有时必须考虑毛坯夹紧措施。
（2）定位方式的选择
该模具采用的是条料，控制条料的送进方向采用导料销无侧压装置。
控制条料的送进步距采用挡料销来定距。
活动挡料销装于卸料板上，销子要倒角或做JKOJK出斜面，便于条料通过。
挡料销料销采用标准件根据GB/t7649.10-1994，采用固定导料销。
查资料后选用直径为6的固定挡料销。
挡料销零件图如下：
（3）
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